Експериментални методи за изследване на частиците: таблица

В тази статия ще ви помогнем да се подготвите за урок по физика (9 клас). Експерименталните методи за изучаване на частиците не са обикновена тема, а много интересна и вълнуваща екскурзия в света на молекулярната ядрена наука. За да постигне това ниво на напредък, цивилизацията успя да го направи съвсем наскоро, а учените продължават да твърдят, но това знание наистина ли значение за човечеството? В края на краищата, ако хората могат да повторят процеса на атомна експлозия, която доведе до появата на Вселената, тогава може би не само космическата ни планета, но и цялата Космос, ще се сринат.

Какви частици говорят и защо трябва да бъдат разследвани?

Част от отговорите на тези въпроси са от курса на физиката. Експерименталните методи за изследване на частиците са начин да се види какво е недостъпно за хората, дори когато се използват най-мощните микроскопи. Но за всичко в ред.

Една елементарна частица е кумулативен термин, който означава частици, които вече не могат да бъдат разбити на по-малки парчета. Общо физиците са открили повече от 350 елементарни частици. Ние сме най-свикнали да чуваме за протони, неврони, електрони, фотони, кварки. Това са така наречените фундаментални частици.

Характеристики на елементарните частици

Всички най-малки частици имат същата собственост: те могат да се трансформират взаимно под въздействието на своето въздействие. Някои имат силни електромагнитни свойства, други слаби гравитационни. Но всички елементарни частици се характеризират със следните параметри:

• Тегло.
• Spin е правилният ъглова инерция.
• Електрическо зареждане.
• Време на живот.
• Паритет.
• Магнитен момент.
• Барионна такса.
• Лептонова заряд.

Кратка екскурзия в теорията за структурата на материята

Всяко вещество се състои от атоми, които на свой ред имат ядро ​​и електрони. Електроните, като планетите в слънчевата система, се движат около ядрото в своята собствена ос. Разстоянието между тях е много голямо, в атомен мащаб. Ядрото се състои от протони и неврони, връзката между тях е толкова силна, че е невъзможно да се разграничат по начин, известен на науката. Това е същността на експерименталните методи за изследване на частиците (накратко).

Трудно е да си представим, но ядрените комуникации превъзхождат милиони пъти всички сили, познати на земята. Ние знаем електромагнитно взаимодействие, химическа, ядрена експлозия. Но това, което държи заедно протоните и невроните, е нещо друго. Може би това е ключът към разкриването на тайната на произхода на Вселената. Ето защо е толкова важно да се изследват експерименталните методи за изучаване на частици.

Многобройни експерименти подтикнаха учените да мислят, че невроните се състоят от още по-малки единици и ги наричат ​​кварки. Това, което е вътре в тях, все още не е известно. Но кварките са неразделни части. Това означава, че не може да бъде избран по никакъв начин. Ако учените използват експерименталния метод за изучаване на частици, за да отделят един кварк, то колкото и да правят опити, поне два кварка винаги са разпределени. Това отново потвърждава неприкосновеността на ядрения потенциал.

Какви методи съществуват за изучаване на частици

Нека да преминем директно към експерименталните методи за изследване на частиците (Таблица 1).

Очевидно експерименталните методи за изследване на частици (Таблица 1) имат много различен характер на взаимодействие. Някои от теориите вече са остарели и са усъвършенствани от модерните технологии. Да разгледаме всеки един от методите по-подробно.

Експериментални методи за изследване на частиците. Geiger брояч

Това устройство бе истински пробив в началото на 20-ти век. Но помага да се изследват само електрони.

Това е метален цилиндър с отрицателно заряд. Тънка жична ос с положителен заряд се опъва по повърхността й. Устройството е свързано към мрежа с много високо напрежение - около 1000 V, благодарение на което се образува огромно електрическо поле. Сега този дизайн трябва да бъде поставен в запечатана стъклена тръба, която ще съдържа изрязан газ.

Когато газовите молекули се йонизират, се произвежда голям брой електрон-йонни двойки. Колкото повече напрежение, толкова повече има свободна пара, докато достигне върха и няма оставен нито един свободен йон. В този момент метърът регистрира частицата.

Уилсън камера

Това е един от първите експериментални методи за изучаване на заредени частици и е измислен пет години след Geiger брояча през 1912 г.

Структурата е проста: стъклен цилиндър, вътре - бутало. По-долу е черна кърпа, импрегнирана с вода и алкохол, така че въздухът в камерата да е наситен с парите си.

Буталото започва да се спуска и повдига, създавайки налягане, в резултат на което газът се охлажда. Трябва да се образува кондензация, но тя не съществува, тъй като в камерата няма концентрационен център (йонна или прахова частица). След това колбата се повдига, за да се получи частица - йон или прах. Частта започва да се движи и образува кондензат по траекторията, която може да се види. Пътят, който преминава през частицата, се нарича пистата.

Недостатъкът на този метод е твърде малкият диапазон от частици. Това доведе до появата на по-прогресивна теория, основана на устройство с по-гъста среда.

Балонната камера

Аналогичният принцип на действие на камерата на Уилсън има следния експериментален метод за изследване на частиците: Камера с мехурчета. Само вместо наситен газ, в стъклената крушка има течност.

Основата на теорията е, че при високо налягане течността не може да започне да кипи над точката на кипене. Но веднага щом се появи заредена частица, по пътя на нейното движение течността започва да кипи, преминавайки в състояние на пара. Капките на този процес се определят от камерата.

Методът на дебелослойните фотоемулсии

Нека да се върнем към таблицата по физика "Експериментални методи за изследване на частици". В него, заедно с облачната камера на Уилсън и метода на балончетата, ние разгледахме метод за записване на частици с дебелослойна фотоемулсия. Експериментът е извършен за първи път от съветските физици L.V. Mysovski и A.P. Жданов през 1928 г.

Идеята е много проста. За експериментите се използва плоча, покрита с дебел слой фотоелементи. Тази фотоемулсия се състои от кристали сребърен бромид. Когато заредената частица проникне в кристал, тя отделя електроните от атома, които образуват скрита верига. Това може да се види чрез показване на филм. Полученото изображение ни позволява да изчислим енергията и масата на частицата.

Всъщност пистата е много къса и микроскопично малка. Но методът е добър, защото показаното изображение може да бъде увеличено безкрайно много пъти, като по този начин по-добре го изучаваме.

Сцинтилационен метод

За пръв път тя се проведе от Ръдърфорд през 1911 г., въпреки че идеята се появи малко по-рано и друг учен - У. Круп. Въпреки факта, че разликата е била 8 години, през това време е било необходимо да се подобри устройството.

Основният принцип е, че на екрана, покрит с луминесцентно вещество, при преминаване на заредена частица ще се появят светлинни сигнали. Атомите на материята са развълнувани, когато са изложени на частица със силна енергия. В момента на сблъсък се наблюдава светкавица, която се наблюдава в микроскоп.

Този метод е много непопулярен сред физиците. Той има няколко недостатъка. Първо, точността на получените резултати зависи в голяма степен от зрителната острота на човека. Ако мигате - можете да пропуснете много важна точка.

На второ място, при продължително наблюдение очите се уморяват много бързо и следователно изследването на атомите става невъзможно.

данни

Има няколко експериментални метода за изучаване на заредени частици. Тъй като атомите на веществата са толкова малки, че е трудно да ги видят дори и в най-мощния микроскоп, учените трябва да направят различни експерименти, за да разберат какво е в средата на центъра. На този етап от цивилизацията е направен велик път и са проучени най-недостъпните елементи. Може би в тях се крият тайните на Вселената.